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1课题的背景和意义1.1课题背景换热器是具有两种不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产中，换热器的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。22810
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管壳式换热器是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。它所适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来，人们已在其设计和加工制造方面累积了许多的经验，建立了一整套程序，人们可以容易地查找到其可靠的设计及制造标准，而且方便地使用众多材料制造，设计成各种尺寸及形式，管壳式换热器往往成为人们的首选。
目前各国为提高这类换热器性能进行的研究主要是强化传热，提高对苛刻的工艺条件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所作的结构改进。
换热器的发展趋势主要体现在以下几个方面：（1）防腐技术:所用的金属材料主要是铜、钛及不锈钢等。另外，非金属材料的应用也大大提高了换热器的防腐蚀性。（2）分析设计的研究:通过它可以将流体的流动分布场，温度分布场模拟出来，使计算更准确，更便捷。（3）大型化与小型化并重:随着成套装置的大型化，换热器向大型化方向发展，同时在微电子、航空航天、医疗、化学生物工程、材料科学等场合的特殊要求而向小型化发展。（4）强化技术:电场动力效应强化传热技术、微生物传热技术，将在新世纪得到研究和发展。同时微通道换热器、穿孔板换热器等将得到应用和研究。（5）抗震技术:由于工业生产规模的日益扩大，换热器的尺寸也越来越大，随之折流板间距增大，为提高生产效率，增大传热系数，壳程流体的速度又必须加快，从而引起的流体振动使换热管发生疲劳、磨损甚至泄漏。一些抗震方法如减小管束跨距、在管板缺口处为管束附加支撑等得到了研究和应用。（6）防结垢技术:通过对结垢形成的机理、生长速度、影响因素的研究，预测结垢形成曲线，从而控制结垢的形成。这对传热效率的提高将带来重大突破。（7）制造技术:制造技术的进步主要表现在各种强化管加工工艺的日渐成熟和新材料焊接工艺水平的提高。
随着工业中经济效益与社会中环境保护的要求，制造水平的不断提高，新能源的逐渐开发，研究手段的日益发展，各种新思路与新结构的涌现，换热器将朝着更高效、经济、环保的方向发展。
1.2 课题的意义论文网
换热器是在工业生产中实现物料间热量传递过程的一种节能设备，在工农业的各项领域应用十分广泛，在日常生活中也是随处可见的、不可缺少的工艺设备之一。而这次所要设计的则是U形管换热器。它的典型结构是由管板、壳体、管束等零件部件组成，重量较轻。在同一直径情况下换热面积最大，结构简单、紧凑，在高温、高压下金属耗量最小。适用范围广、检修简单、操作弹性好。
通过前期的文献检索加深了对管壳式换热器，尤其是对U形管换热器的结构认识。在此课题中还需运用到了以前所学过的有限元的知识，从课本上的理论知识到真正的运用于实践中还是存在着些许的困难，但是这其中的学习过程和解决具有一定复杂程度的工程实际问题的能力不正是这次毕业设计的意义吗。
3 研究内容与难点分析
3.1 本课题的基本内容
本次设计的换热器是U形管换热器，分为以下几部分：
（1）总体结构设计（包括前段管箱、壳体和后端结构、法兰等）